Question

4．將1mol N₂（g）和3mol H₂（g）通入一個10L的恒容密閉容器中發生反應，在不同溫度下達到平衡時NH₃（g）的平衡濃度如圖所示．其中溫度為T₁時平衡混合氣體中氨氣的體積分數為25%，反應中放出a kJ熱量．
（1）當溫度由T₁變化到T₂時，平衡常數關系K₁＞K₂（填“＞”，“＜”或“=”）．
（2）溫度為T₁時，該反應5min達到平衡，這段時間內用N₂表示的化學反應速率v（N₂）=0.08mol/（L•min）．
（3）溫度為T₁時，該反應的化學平衡常數K₁=18.3（小數點后保留一位小數），寫出N₂和H₂反應生成NH₃的熱化學方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2.5a kJ/mol．
（4）下列措施中能使N₂的轉化率增大的有BEF．
A．在原容器中再充入l mol N₂         B．在原容器中再充入1mol H₂
C．在原容器中充入l mol He           D．使用更有效的催化劑
E．降低溫度                         F．將NH₃從體系中分離出去．

Answer 1

分析 （1）正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小；
（2）將1mol N₂（g）和3mol H₂（g）通入一個10L的恒容密閉容器中發生反應，溫度為T₁時平衡混合氣體中氨氣的體積分數為25%，則：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1     3          0
變化量（mol）：x     3x         2x
平衡量（mol）：1-x   3-3x       2x
所以$\frac{2x}{4-2x}$=25%，解得x=0.4，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂）；
（3）化學平衡常數K₁=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；計算1mol氮氣反應放出的熱量，注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
（4）使N₂的轉化率增大，應改變條件使平衡正向移動，但不能只增大氮氣濃度，否則氮氣轉化率為降低．

解答 解：（1）正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小，故平衡常數關系K₁＞K₂，故答案為：＞；
（2）將1mol N₂（g）和3mol H₂（g）通入一個10L的恒容密閉容器中發生反應，溫度為T₁時平衡混合氣體中氨氣的體積分數為25%，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1       3         0
變化量（mol）：x       3x        2x
平衡量（mol）：1-x     3-3x      2x
所以$\frac{2x}{4-2x}$=25%，解得x=0.4，則v（N₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{10L}}{5min}$=0.008mol/（L．min），
故答案為：0.008mol/（L．min）；
（3）溫度為T₁時，該反應的化學平衡常數K₁=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.0{8}^{2}}{0.06×0.1{8}^{3}}$=18.3；
1mol氮氣反應放出的熱量為akJ×$\frac{1mol}{0.4mol}$=2.5akJ，反應熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2.5a kJ/mol，
故答案為：18.3；N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2.5a kJ/mol；
（4）使N₂的轉化率增大，應改變條件使平衡正向移動，但不能只增大氮氣濃度，否則氮氣轉化率為降低．
A．在原容器中再充入l mol N₂，平衡正向移動，但氮氣的轉化率減低，故A錯誤；
B．在原容器中再充入1mol H₂，平衡正向移動，但氮氣的轉化率增大，故B正確；
C．在原容器中充入l mol He，恒溫恒容下，各組分濃度不變，平衡不移動，氮氣轉化率不變，故C錯誤；
D．使用更有效的催化劑，不影響平衡移動，氮氣轉化率不變，故D錯誤；
E．正反應為放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，氮氣轉化率增大，故E正確；
F．將NH₃從體系中分離出去，平衡正向移動，氮氣轉化率增大，故F正確，
故選：BEF．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應速率計算、平衡常數等，注意對平衡移動原理的理解掌握．